壓力表檢定的發(fā)展概況

1.概述

壓力是生產(chǎn)過程和科學(xué)實驗中進行測量和控制的基本參數(shù)之一。在工程技術(shù)中所稱的壓力與物理學(xué)中的壓強具有相同的概念。壓力測量儀表在宇航、航空、石油、化工等部門的生產(chǎn)和科研中的應(yīng)用極為廣泛。為保證壓力測量的準(zhǔn)確性，必須對壓力測量儀表按一定的要求進行量值傳遞和定期檢定。世界各國均制定了嚴(yán)格的壓力量值傳遞方法和檢定規(guī)程。以我國為例，根據(jù)壓力量值傳遞的需要，將所有的壓力儀表分為基準(zhǔn)的、標(biāo)準(zhǔn)的和工作用的三大類。一個壓力值由國家基準(zhǔn)傳遞到具體的工作儀表需經(jīng)過許多步驟，并要按規(guī)定的儀器和方法進行傳遞。壓力表的檢定經(jīng)歷了手動檢定及自動檢定兩個階段。

2.壓力表的手動檢定方法

壓力的測量始于1654年，而壓力儀表的檢定也有一百多年的歷史。早在1847年，英國的SydneySmith就利用一端加載的鬧門標(biāo)定壓力表。但直到20世紀(jì)70年代以前一直是壓力儀表檢定的手動操作階段。這一階段的壓力儀表檢定方法，通常利用檢定用的標(biāo)準(zhǔn)器，借助手動加壓、減壓的方法，產(chǎn)生所要求的標(biāo)準(zhǔn)壓力。檢定用的標(biāo)準(zhǔn)器應(yīng)根據(jù)不同的壓力范圍進行選擇。通?？蓪⒂米鳂?biāo)準(zhǔn)器的壓力儀表分為四大類：液體式、彈簧式、活塞式及電測式。液體式壓力計是根據(jù)流體靜力學(xué)原理，利用液柱的高度測量壓力。常用的液體式壓力計有U形管壓力計、單管壓力計及傾斜式壓力計等。彈簧式壓力計是利用各種彈性元件受到壓力作用后產(chǎn)生彈性變形的原理來測量壓力的。這一類壓力儀表種類多，因使用的彈性敏感元件不同，有彈簧管式、膜片式、膜盒式及波紋管式等多種?；钊綁毫τ嬍歉鶕?jù)流體靜壓原理和帕斯卡原理，利用液體將一個準(zhǔn)確已知的壓力傳遞給被校準(zhǔn)的儀表，壓力大小可由活塞有效面積及砝碼質(zhì)量求得。活塞式壓力計誕生于1860年，自19世紀(jì)90年代起，這種壓力計便作為壓力檢定儀得到普遍應(yīng)用。此后的一個世紀(jì)的時間里，隨著科技水平及機械加工技術(shù)的堤高，活塞式壓力計的測量準(zhǔn)確度不斷堤高，測量范圍不斷擴大。目前已有準(zhǔn)確度等級為0.002級、測量范圍達(dá)215GPa的活塞式壓力計。20世紀(jì)80年代初，出現(xiàn)了以氣體為傳壓介質(zhì)的活塞式壓力計，由于其測量準(zhǔn)確度高，已逐步取代液柱型壓力計，成為中壓范圍內(nèi)壓力檢定標(biāo)準(zhǔn)器。電測式壓力計主要指各種壓力傳感器，主要有應(yīng)變式、壓阻式、電感式、電容式、壓電式等多種類型。

3.壓力表的自動檢定

手動檢定方法不僅勞動強度大、工作條件差、檢定效率低(檢一只壓力表至少需30分鐘左右)，而且讀數(shù)易受人為因素影響，準(zhǔn)確度不易保證。自20世紀(jì)70年代末80年初，世界各國的計量檢定工作者紛紛開始壓力檢定自動化的研究。早期的壓力表自動檢定裝置自動化程度較低，而且其自動化主要體現(xiàn)在標(biāo)準(zhǔn)壓力的自動產(chǎn)生上，而對檢定結(jié)果的記錄、處理仍需人工完成。隨著計算機技術(shù)的應(yīng)用，壓力檢定自動化程度逐步堤高，檢定準(zhǔn)確度、檢定速度均得到堤高，操作曰趨簡便。同時，由于計算機的引入，使檢定數(shù)據(jù)的自動記錄、處理更易于實現(xiàn)。

根據(jù)壓力檢定的工作原理，可將壓力表的自動檢定方法分為兩大類：基于活塞式壓力計的自動檢定法以及利用壓力傳感器的自動檢定法。

3.1基于活塞式壓力計的自動檢定法

這種自動造壓方法以活塞式壓力計為基礎(chǔ)，具有造壓準(zhǔn)確度高、范圍大等優(yōu)點，其自動化通常體現(xiàn)在活塞旋轉(zhuǎn)自動化、自動檢測活塞位置以及自動加裝砝碼。1984年，ThctaPncumatics公司生產(chǎn)的D&H5000系列標(biāo)準(zhǔn)壓力源實現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)壓力產(chǎn)生的全自動化1]。它采用線性差動變壓器確定活塞的位移量，利用機械手臂裝卸大砝碼，小砝碼的加載由一系列電磁閥控制汽缸的動作來完成。造壓范圍可達(dá)500MPa。英國劍橋大學(xué)的R&Shorrock與E.JAtherton于1987年提出了在活塞壓力計的基礎(chǔ)上，用電機帶動螺旋壓力機的自動加壓方式，并利用位移傳感器進行閉環(huán)控制以提高系統(tǒng)的控制精度系統(tǒng)中壓力的大小仍由砝碼質(zhì)量及活塞的有效面積確定。這種造壓方法結(jié)構(gòu)簡單，系統(tǒng)的性能價格比較高。

3.2利用壓力傳感器的自動檢定法這是以各種壓力傳感器為測壓元件的自動檢定方法，利用壓力傳感器直接輸出電信號的特點，易于組成自動檢定系統(tǒng)。由于采用的壓力傳感器的種類不同，所組成的自動檢定系統(tǒng)的工作原理也各不相同。1978年，日本橫河電機制作所研制成T/2656型標(biāo)準(zhǔn)壓力發(fā)生器，實現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)壓力產(chǎn)生的自動化。其壓力產(chǎn)生的原理是，利用電機通過螺桿帶動閥針移動，改變閥座中氣流流出孔的面積，從而調(diào)節(jié)輸出壓力的大小。這種壓力發(fā)生器的誤差可<滿量程的0.1%，壓力產(chǎn)生范圍為0?200kPac

英國牛津壓力系統(tǒng)公司于1989年推出了GPC-II型智能壓力檢定裝置，內(nèi)含多塊精密壓力變送器，用以監(jiān)控定點壓力和測量系統(tǒng)內(nèi)的壓力。變送器置于恒溫箱內(nèi)，以消除溫度的影響。壓力的控制由兩個測量電磁閥完成，電磁閥的動作受計算機控制，定點造壓*.1%。標(biāo)準(zhǔn)壓力產(chǎn)生范圍為0?10MPa。英國DRUCK公司研制出DPI510型壓力檢定儀。這種檢定儀可產(chǎn)生誤差為0.025%，范圍在-0.1?21MPa的標(biāo)準(zhǔn)壓力，壓力達(dá)到設(shè)定值的時間只需4秒而無超調(diào)現(xiàn)象。采用高準(zhǔn)確度的壓力敏感元件監(jiān)測內(nèi)部產(chǎn)生的壓力，壓力敏感元件產(chǎn)生的反饋信號輸入到微處理器中。由微處理器采用脈寬調(diào)制方式控制內(nèi)部電磁閥的動作。

4.國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

進入20世紀(jì)90年代，壓力表檢定的自動化研究主要有兩個趨勢。一是適于現(xiàn)場檢定的便攜式壓力檢定儀，要求體積小、重量輕、操作簡單、檢定速度快，以適應(yīng)在工業(yè)現(xiàn)場短時間內(nèi)檢定多塊壓力表的要求。1994年，英國Transmation公司研制成功1292型自動壓力檢定儀。這是臺可全自動控制壓力的產(chǎn)生，并可對檢定結(jié)果進行數(shù)據(jù)記錄的便攜式壓力檢定儀!壓力的產(chǎn)生由一臺大功率、小型、嵌入式壓縮機完成，上限壓力可達(dá)700kPa，造壓誤差為0.05%。這種壓力檢定儀實現(xiàn)了利用便攜式檢定儀完成從標(biāo)準(zhǔn)壓力的自動產(chǎn)生到檢定結(jié)果自動記錄的全自動檢定，特別適合對工業(yè)生產(chǎn)中使用的壓力儀表進行現(xiàn)場快速檢定。另一方面，對于在計量檢定室內(nèi)使用的壓力檢定系統(tǒng)，主要研究方向是提高檢定準(zhǔn)確度及檢定效率。同時還出現(xiàn)了計算機輔助檢定系統(tǒng)，可對檢定結(jié)果進行自動記錄、數(shù)據(jù)處理、給出標(biāo)準(zhǔn)的檢定報告，并可對同一壓力表的檢定歷史數(shù)據(jù)進行保存及分析。

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